Limite de Explosão de Gás Combustível

Em condições de teste padrão, o limite de concentração no qual um gás ou vapor combustível misturado com um gás oxidante leva a uma explosão é chamado de limite de explosão. Comumente, o termo "limite de explosão" refere-se aos limites de concentração de gases ou vapores combustíveis no ar. A menor concentração de um gás combustível que pode causar uma explosão é conhecida como limite inferior de explosão (LEL), e a maior concentração, como limite superior de explosão (UEL).

Quando gases combustíveis ou vapores líquidos estão dentro dos limites de explosão e encontram uma fonte de calor (como uma chama aberta ou alta temperatura), a chama se espalha rapidamente pelo espaço do gás ou do pó. Essa rápida reação química libera uma quantidade significativa de calor, gerando gases que se expandem devido ao calor, criando altas temperaturas e pressões com imenso potencial destrutivo.

Os limites de explosão são parâmetros fundamentais para descrever os perigos de gases inflamáveis, vapores e poeira combustível. Normalmente, os limites de explosão de gases e vapores inflamáveis são expressos como uma porcentagem do gás ou vapor na mistura.

Por exemplo, a 20°C, a fórmula de conversão para a fração volumétrica e a concentração de massa de um gás inflamável é:

Y = (L/100) × (1000M/22,4) × (273/(273+20)) = L × (M/2,4)

Nessa fórmula, L é a fração volumétrica (%), Y é a concentração de massa (g/m³), M é a massa molecular relativa do gás ou vapor combustível e 22,4 é o volume (litros) ocupado por 1 mol de uma substância em estado gasoso sob condições padrão (0°C, 1 atm).

Por exemplo, se a concentração de gás metano na atmosfera for 10%, isso se converte em:

Y = L × (M/2,4) = 10 × (16/2,4) = 66,67g/m³

O conceito de limites de explosão para gases, vapores e poeiras inflamáveis pode ser explicado pela teoria da explosão térmica. Se a concentração de um gás, vapor ou poeira inflamável estiver abaixo do LEL, devido ao excesso de ar, ao efeito de resfriamento do ar e à concentração insuficiente do combustível, o sistema perde mais calor do que ganha, e a reação não prossegue. Da mesma forma, se a concentração estiver acima do UEL, o calor gerado será menor do que o calor perdido, impedindo a reação. Além disso, o excesso de gás ou poeira combustível não apenas deixa de reagir e gerar calor devido à falta de oxigênio, mas também resfria a mistura, impedindo a propagação da chama. Além disso, para determinadas substâncias, como óxido de etileno, nitroglicerina e poeira combustível, como pólvora, o UEL pode chegar a 100%. Esses materiais fornecem seu oxigênio durante a decomposição, permitindo que a reação continue. O aumento da pressão e da temperatura facilita ainda mais a decomposição e a explosão.